基于能量约束的MRI运动伪影校正方法与实现

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磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging, MRI)是一种高新技术,凭借其无侵入式、无放射性损伤、组织分辨率高、任意方向断层等优点,在临床医学诊断和科学研究领域扮演越来越重要的角色。然而,由于磁共振成像过程采集数据时间较长,患者的无意识运动常常难以避免,造成MRI图像中含有运动伪影,影响医生做出正确的临床诊断。由于硬件设备和对患者控制等前处理方法抑制运动伪影效果不理想,越来越多的学者投入到图像后处理算法的研究中。因为运动的多样性,MRI图像中的运动伪影形成原因比较复杂。本文的目的是对理想情况下的运动伪影进行校正,并实现可视化界面。首先对核磁共振原理,磁共振成像原理进行阐述,介绍核磁共振成像技术的基本理论知识和磁共振运动伪影的产生机制。然后深入分析了两种基于MRI能量约束的运动伪影校正法(基于方向信息测度恢复法和基于最小熵约束的MRI运动伪影校正法)的原理。通过仿真实验和成像实验对以上两种方法进行研究,并分析两种方法各自对图像清晰程度的约束判定。在实验中发现,基于方向信息测度的恢复法不能正确校正运动伪影,不能作为图像清晰程度判定的标准,但是也发现该方法可以很好的寻找到图像中的边界,因此可用于其它图像处理的算法中。在基于最小熵约束的MRI运动伪影校正法中,校正伪影的关键在于进行正确的运动估计,主要包括:最优化校正策略,即在k‐空间参考位置的频率编码方向和相位编码方向进行逆向运动模拟;计算相位偏移量;在图像域运用最小熵约束。运动估计之后,反傅里叶变换到频率域对其进行逆向相位恢复,校正偏移的相位,重建出图像。算法中改进了每次迭代k‐空间线的数目,同时改变原来单一步长的校正模式,在迭代过程中自动减小步长比例,逐次修正扫描信号在k‐空间中已经偏移的相位,最大限度的保证了图像细节信息。实验表明,应用改进后的算法能有效消除MRI图像平移运动造成的伪影,节约成像时间和提高校正精度。最后采用Matlab(R2009b)实现MRI运动伪影校正,并利用GUI开发工具做出可视化界面。该程序可以显示仿真数据和实验数据,得出校正结果和差值图像,为进一步开发新的伪影校正方法提供了一个基础平台。
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